Java虚拟机类加载机制

Java虚拟机类加载机制

2020-06-24 22:18:59发布 浏览数:564
概述:Java虚拟机类加载机制

类加载的时机

类从被加载到虚拟机内存开始,直到卸载出内存为止,整个生命周期包括:**加载(loading)、校验(Verification)、准备(Preparation)、解析(Resolution)、初始化(Initialization)、使用(Using)和卸载(Unloading)**七个阶段。

对类进行初始化

有且仅有5种情况必须对类进行初始化(而加载(loading)、校验(Verification)、准备(Preparation)需要在初始化之前执行)

一、当遇new、getstatic、putstatic和invokestatic时,如果类没有进行初始化,则需要先触发其初始化。最常见的使用场景是:使用new关键字实例化对象的时候、读取或设置一个静态字段的时候(被final修饰、已经编译期把结果放入常量池的静态字段除外)、以及调用一个类的静态方法时。

二、使用Java.lang.reflect包的方法对类进行反射调用时。如果类没有进行初始化,则需要先触发其初始化。

三、初始化一个类时,如果发现其父类没有进行初始化,则需要先其父类触发其初始化。

四、当虚拟机启动时,用户需要指定要执的主类(main方法的那个类)虚拟机需先初始化这个主类

五、当使用jdk1.7的动态语言支持时,如果一个java.lang.invoke.MethodHandler实例最后解析结果为REF_getStatic REF_putStatic REF_invokeStatic 的方法句柄,这个方法所对应方法句柄的类没有进行初始化,则需要先触发其初始化。

类加载的过程

类加载的全过程:加载、校验、准备、解析和初始化5各阶段


类的加载指将类的.class文件中的二进制数据读入到内存中,将其放在运行时数据区的方法区内,然后在堆区创建一个java.lang.Class对象,用来封装类在方法区内的数据结构

验证

一、文件格式验证

验证字节流是否符合Class文件格式的规范;

如:

     1.是否以魔数开头:0xCAFEBABE

     2.主、次版本号是否在当前虚拟机的处理范围中

     3.常量池的常量中是否有不被支持的常量类型(检验常量tag标志)

     4.指向常量中的各种索引值中是否有指向不存在的常量或不符合类型的常量

     5.CONSTANT_Utf8_infoz型的常量中是否有不符合UTF8编码的数据

     6.Class文件中各个部分以及文件本身是否有被删除的或附加的其他信息
	等等还有很多
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二、元数据验证

对字节码描述的信息进行语义分析(注意:对比javac编译阶段的语义分析),以保证其描述的信息符合Java语言规范的要求;

如:这个类是否有父类。Fianl类型的方法/类是否被覆盖,非抽象实现所有抽象方法。类中字段、方法是否与父类产生矛盾(如覆盖类父类的final字段,或出现不符合规则的方法重载,如方法参数都一致,但返回值类型却不同等)

     1.是否有父类(除java.lang.Object外)
     
     2.是否继承了不允许被继承的类(被final修饰的类)

     3.如果不是抽象类是否实现了父类中所有的抽象方法和接口中的所有方法

     4.是否覆盖了父类的final字段或方法重载不符合规则
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主要目的是对类元数据信息进行语义校验,保证不存在不符合Java语言规范的元数据信息

三、字节码验证

通过数据流和控制流分析,确定程序语义是合法的、符合逻辑的。

如运行检查。栈数据类型和操作码数据参数吻合,跳转指令到正确合理的位置。保证方法体中的类型转换时有效的(避免子类new父类)【对类的方法体进行校验分析,保证被校验类的方法在运行时不会做出危害虚拟机安全的事件】

     1.保证任意时刻操作数栈的数据类型与指令代码序列都能配合工作(比如不会出现在操作数栈防了一个int型的数据却按long类型来加载到本地变量表中)

     2.保证跳转指令不会跳到方法体外的字节码指令上

     3.保证类型转化是有效的
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四、符号引用验证

确保解析动作能正确执行。如work类引用了cat对象并调用其run方法,需判断是否有run方法,没有则抛出NoSuchMehodError异常。如常量池中描述类是否存在,访问的方法或字段是否存在足够的权限

检验内容有:

1.符号引用中通过字符串描述的全限定名是否能找到对应的类;

2.在指定类中是否存在符号方法的字段描述及简单名称所描述的方法和字段;

3.符号引用中的类、字段和方法的访问性(private、protected、public、default)是否可被当前类访问。

准备

为静态变量分配内存并设置默认的初始值

正式为类变量分配内存并设置类变量初始值的阶段,这些变量所用的内存都将在方法区中进行分配。这时候进行内存分配的仅包括类变量(被static修饰的变量),而不包括实例变量,实例变量将会在对象实例化时随着对象一起分配在堆中(分配空间并进行默认值初始化)。【静态变量在方法区。实例变量在堆区】

这里的初始值“通常情况”下是数据类型的零值,假设一个类变量的定义为:

public static int value=123;

变量value在准备阶段过后的初始值为0而不是123.因为这时尚未开始执行任何java方法,把value赋值为123的putstatic指令是程序被编译后,存放于类构造器()方法之中,所以把value赋值为123的动作在初始化阶段才会执行。

至于“特殊情况”是指:

public static final int value=123,

当类字段的属性是ConstantValue时,会在准备阶段初始化为指定的值,标注为final后,value的值在准备阶段初始化为123而非0.

解析

解析阶段是虚拟机将常量池内的符号引用(也就是字符串)替换为直接引用(指针或者地址偏移量)的过程。解析动作主要针对类或接口、字段、类方法、接口方法、方法类型引用进行。

初始化

初始化阶段,才真正开始执行类中定义的java程序代码

clinit()方法由编译期自动收集类的所有类变量的赋值动作和静态语句块中的语句合并产生的,编译器收集的顺序是由语句在源文件中出现的顺序所决定的,静态语句块中只能访问到定义在静态语句块之前的变量;定义在它之后的变量,在前面的静态语句块可赋值,但不能访问.

clinit是线程安全的,JVM会保证类的clinit()方法在多线程环境中被正确地加锁、同步。如果多个线程同时初始化一个类,只允许一个线程对执行这个类的clinit()方法,其他线程都需要阻塞等待。初始化完成后才通知其他线程。

类和类加载器

一、引导类加载器(Bootstrap Classloader)

Bootstrap Classloader会读取 {JRE_HOME}/lib 下的jar包和配置,将这些系统类加载到方法区内。或者被 -Xbootclasspath 参数来指定的目录加载类。引导类加载器(Bootstrap Classloader)由C++编写无法被Java程序直接引用

二、扩展类加载器( Extension Classloader)

Extension Classloader负责加载{Java_HOME}/lib/ext 目录中的,或者被Java.ext.dirs系统变量所指定的路径中的所有类库。可以直接使用扩展类加载器

三、系统类加载器( Application Classloader)

它负责加载用户类路径上的(ClassPath)上的所指定的类库,如果应用程序没有自定义或自己的加载器,一版情况下默认程序中就是系统类加载器。可以直接使用扩展类加载器

双亲委派机制

双亲委派模型:

如果一个类收到了类加载的请求,不会自己先尝试加载,先找父类加载器去

完成。当顶层启动类加载器表示无法加载这个类的时候,子类才会尝试自己

去加载。当回到最开的发起者加载器还无法加载时,并不会向下找,而是抛

出ClassNotFound异常。

简单来说:就是一个孝顺的儿子有一个梨,问爸爸吃不吃梨,爸爸又问爷爷吃不吃,当爷爷不吃,爸爸也不吃的时候自己才可以吃。

双亲委派模型优点:

1、保证安全性

防止重复加载同一个.class。通过委托去向上面问一问,加载过了,就不用再加载一遍。保证数据安全。

2、保证唯一性

保证核心.class不能被篡改。通过委托方式,不会去篡改核心.class,即使篡改也不会去加载,即使加载也不会是同一个.class对象了。不同的加载器加载同一个.class也不是同一个Class对象。这样保证了Class执行安全。

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原文链接:https://blog.csdn.net/BThinker/article/details/105293706

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